专利名称：具有移动节点的监测区域空洞修复方法
技术领域：
本发明涉及一种无线传感器网络的布置方法，具体涉及一种基于移动节点对监测区域的无线传感器网格空洞进行修复的方法。
背景技术：
无线传感器网络是通过向目标区域部署大量价格低廉的传感器节点构成的，这些节点具有对周围环境感知、计算的功能，同时节点之间能够互相通信，可广泛应用于军事、 交通、医疗、救灾等领域。随着电子技术的不断发展，传感器节点的功能不断增强，体积不断减小，使得大规模部署传感器节点完成对某一区域进行监测成为可能。但是在随机部署的传感器节点有可能不能覆盖整个地区，由此形成一些没有被节点感知的称为“空洞”的区域。空洞探测是空洞修复的基础，其主要作用是用来监测节点部署完成后是否形成覆盖空洞，同时监测空洞边缘节点。当传感器监测到空洞大小、方位时就可以采取各种方法对空洞进行修复。在对空洞进行修复时，现有技术中大部分借助地理信息实现。使用地理信息使得在处理上十分简单，但是地理信息的获得需要GPS等设备的支撑，对于大规模部署的传感器节点来说代价十分昂贵。另外，对于空洞修复问题来说，也是一个N-P问题，很难找到一个精确的解决方法，使用地理信息也仅仅是将解决问题的方法精确了一点，但依然不能得到最优解。因此，如何不使用地理信息，而利用节点本身所具有的感知、通信功能来实现不精确的定位，并以此为基础实现空洞的探测和修复，对于降低大规模布置无线传感器网络的代价，有着重要的意义。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种具有移动节点的监测区域空洞修复方法，从而无需地理信息，实现空洞的修复，使节点与节点之间尽可能地覆盖较多的区域。为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是一种具有移动节点的监测区域空洞修复方法，监测区域的布置的无线传感器网络由多个节点构成，对每一节点设定唯一标识号，每一节点可以感知某一区域并与相邻节点进行通信，节点感知范围对应的圆半径为SR，节点通信范围对应的圆半径为TR，且TR彡2SR ；包括下列步骤
(1)计算每一节点是否被其它节点完全覆盖，如果未被完全覆盖则标注该节点为空洞边缘节点，实现空洞的探测；
(2)对探测出的空洞进行修复，包括
①确定每一空洞边缘节点的相邻节点的位置信息；
②确定一个空洞边缘节点的移动方向；
③确定步骤②中所述空洞边缘节点的两个相邻节点形成的内点，计算内点与空洞边缘节点的距离；所述内点是如果3个节点都是相邻节点，那么一个传感器感知范围内不在这个传感器感知范围的边缘上的一点是其它两个传感器感知区域的交点，则该交点称为内点；
④将步骤②中所述空洞边缘节点的感知范围边缘移动到它的两个相邻节点的内点
处；
针对每一空洞边缘节点，重复上述步骤②至④，实现空洞的修复。上述技术方案中，由于没有精确的地理信息，需要使用一种特殊的方式来确定节点移动方向。每一个节点在确定自己是空洞边缘节点时都会自动执行该方法，通过计算移动方向和移动距离将自身移动到新的位置。具体地，所述步骤①中，对空洞边缘节点进行方向相互垂直的两次移动，分别记录移动前、第一次移动后、第二次移动后空洞边缘节点与相邻节点的距离，空洞边缘节点与相邻节点连线与第一次移动方向间的夹角，利用三角形法则，确定空洞边缘节点与相邻节点的位置关系，由此获得相邻节点的位置信息。所述步骤②中，通过移动空洞边缘节点修复空洞，首先应确定空洞边缘节点的移动方向，这里节点选择朝未被覆盖的弧方向移动，能够减少空洞的面积。移动方向的确定方法是，设S为空洞边缘节点，A、B为S相邻节点，且A、B恰为S空洞边缘节点，作垂直于AB经
过S且指向S的向量HZ,根据步
骤①，A、B相对于S的位置是A (1 ，5ea),B(Dsb , ^ ),其中，1^是3与A的距离，
^sa是SA和上一次移动方向的夹角，Dsb是S与B的距离，^sb是SB和上一次移动方向的夹角。
TT
ZIiAB i:如果 Λ 、η，S的移动方向为
JF
ii: cosZSAB<0' S的移动方向为I"
^ 2 ^ ^ —d ^
ι—r y η Α ψ ~*1 SvAJLtM S, ^S
Π Α^Λβ = cos -
？d ^d ^uShA aAB
所述步骤③中，内点的确定方法是，
若一个节点U被标记为空洞边缘节点，令SR=r，进行下列处理
ktpl:扫描u周围相邻节点，构造一个边缘弧队列Gk，0沼中成员为逆时针遍历的
相邻节点；所述边缘弧为相邻的空洞边缘交点通过圆弧相连，节点感知区域边缘上连接边缘交点的圆弧称为边缘弧；
乂印2:遍历6紐，删除每一个1当且仅当4^<=尾#^，ν为队列中任意相邻节点标
记；Su,x为u与χ的感知圆相交，重叠部分在《节点边界所产生的一段弧；
乂印3:遍历Qjj，删除每一个χ当且仅当4,，
这样得到一个队列·；
Step4:将队列^中弧对应的传感器的节点映射到队列& ；SteP5从Q3中取相邻两个节点
权利要求
1.一种具有移动节点的监测区域空洞修复方法，监测区域的布置的无线传感器网络由多个节点构成，对每一节点设定唯一标识号，每一节点可以感知某一区域并与相邻节点进行通信，节点感知范围对应的圆半径为SR，节点通信范围对应的圆半径为TR，且TR ^ 2SR ； 其特征在于，包括下列步骤(1)计算每一节点是否被其它节点完全覆盖，如果未被完全覆盖则标注该节点为空洞边缘节点，实现空洞的探测；(2)对探测出的空洞进行修复，包括①确定每一空洞边缘节点的相邻节点的位置信息；②确定一个空洞边缘节点的移动方向；③确定步骤②中所述空洞边缘节点的两个相邻节点形成的内点，计算内点与空洞边缘节点的距离；所述内点是如果3个节点都是相邻节点，那么一个传感器感知范围内不在这个传感器感知范围的边缘上的一点是其它两个传感器感知区域的交点，则该交点称为内点；④将步骤②中所述空洞边缘节点的感知范围边缘移动到它的两个相邻节点的内点处；针对每一空洞边缘节点，重复上述步骤②至④，实现空洞的修复。
2.根据权利要求1所述的具有移动节点的监测区域空洞修复方法，其特征在于所述步骤①中，对空洞边缘节点进行方向相互垂直的两次移动，分别记录移动前、第一次移动后、第二次移动后空洞边缘节点与相邻节点的距离，空洞边缘节点与相邻节点连线与第一次移动方向间的夹角，利用三角形法则，确定空洞边缘节点与相邻节点的位置关系，由此获得相邻节点的位置信息。
3.根据权利要求1所述的具有移动节点的监测区域空洞修复方法，其特征在于所述步骤②中，移动方向的确定方法是，设S为空洞边缘节点，A、B为 S相邻节点，且A、B恰为S空洞边缘节点，作垂直于AB经过S且指向S的向量 1 ,根据步骤①，A、B相对于S的位置是A (Dsa，), B(Dse ,毛)，其中，I^A是S 与A的距离，SA和上一次移动方向的夹角，Dsb是S与B的距离，4ε是SB和上一次移动方向的夹角；i如果
4.根据权利要求ι所述的具有移动节点的监测区域空洞修复方法，其特征在于所述步骤③中，内点的确定方法是，若一个节点u被标记为空洞边缘节点，令SR=r，进行下列处理ktpl:扫描u周围相邻节点，构造一个边缘弧队列Gk，βα 中成员为逆时针遍历的相邻节点；所述边缘弧为相邻的空洞边缘交点通过圆弧相连，节点感知区域边缘上连接边缘交点的圆弧称为边缘弧；乂印2:遍历&/!,删除每一个乂当且仅当5^<=5^4，ν为队列中任意相邻节点标记；Su,x为u与χ的感知圆相交，重叠部分在《节点边界所产生的一段弧；St印3 遍历 Ojs，删除每一个 χ 当且仅当 Su，x C= υ S” H. SXrV ο Sx’u Φ NULL，这样得到一个队列g.Step4:将队列^中弧对应的传感器的节点映射到队列Q3 ；Step5:从0^中取相邻两个节点 、W2令 = ，^lj=U2 ,Step6若Sui η Suj = NULL ,保存y信息，此时y为空洞相邻节点，计算节点移动的方向<^,令 = nj·，nJ =Vl，如果 =. ，转到St印6，否则转到st印7;Step7:计算/Ii，感知圆产生的交点ο距1!的距离，并选择其中较小的值保存， 令 =nj，"/ = nj+i，如果 =y\,继续下一步，否则重复步骤乂印7 ；Steps选择出IIiax(Iu), I..为 ，rij之间的距离，并保留产生该交点的两个无线感知器节点 ，nJ的相关信息；Step9:以IIllX(Iv)，为条件，计算出节点在移动方向上移动的距离； U、V满足SSiU η Ss>v . NULL，则u、v的交点为s的内点，设其交点为0、d秘、ds，v、 V已知，且= ^v7O = r ,由三角法可得ζ-1 ^ SM ,νZsiIi5V = COS2‘ x‘■id.,, +d " v — ^—1 ^j a ,VZlC ,^,V= cos -Zls7U7O - As7U^v- Zoν\ 1( -￥d\t-d2-1 aCOS2rx‘由于；cosZ.s,ufo :K故可以求出《，=Ψ J +Γ2 — 2r Xdsjl xcosZs,u,o ，d、0有两个值取<。< .r即可，L^=ds，。，最后取max(Iy)，并求出0的相对于s 的位置< d吵β、 >，即为移动的最佳内点。
全文摘要
本发明公开了一种具有移动节点的监测区域空洞修复方法，首先进行空洞的探测；采用一个节点移动两次的方式在无线传感网络中确定相邻节点的位置信息；利用覆盖弧的性质来剔除产生的伪内点，确定最佳移动内点；最后计算内点与空洞边缘节点的距离，移动空洞边缘节点至最佳位置。该方法在密集分布时能够以较小的移动距离获得良好的空洞修复性能。
文档编号H04W84/18GK102361514SQ20111032559
公开日2012年2月22日 申请日期2011年10月24日 优先权日2011年10月24日
发明者张书奎, 杨凯, 樊建席, 王进 申请人:苏州大学